隨著智能手機(jī)的快速發(fā)展,各類(lèi)手機(jī)電池企業(yè)也在瘋狂的發(fā)展，但是最近媒體報(bào)道了多起手機(jī)電池爆炸的事件讓一些劣質(zhì)電池生產(chǎn)企業(yè)露出水面，鋰電池的安全性再次引起了人們的關(guān)注。

圖為爆炸后的鋰電池

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期分析, 人們發(fā)現(xiàn)以下四種狀況較容易引起鋰電池的燃燒爆炸:

1. 鋰電池使用過(guò)程中接觸高溫導(dǎo)致電池過(guò)熱；

2. 鋰電池充電時(shí)誤用較高充電電壓；

3. 鋰電池在使用及裝卸過(guò)程中，造成正、負(fù)極短路；

4. 鋰電池在使用過(guò)程，由于重物擠壓等原因造成了電池內(nèi)短路。

近年來(lái)國(guó)際上所頒布及施行的鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn)中均有相關(guān)測(cè)試是模擬以上這四種狀況的。本文將結(jié)合IEC 62133:2012以及GB/T 18287-2013等標(biāo)準(zhǔn)中的檢測(cè)方法以及巴倫歷次測(cè)試中所積累的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)分析電池爆炸現(xiàn)象。

1） 加熱導(dǎo)致起火爆炸

在檢測(cè)中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池存放在高溫環(huán)境下，電池容易發(fā)生鼓包，甚至燃燒及爆炸。這主要是當(dāng)電池內(nèi)部溫度升至70℃左右時(shí)，鋰電池首次循環(huán)時(shí)在電解液及負(fù)極材料間所形成的SEI膜會(huì)分解并釋放熱量，這會(huì)加速鋰電池內(nèi)部溫度上升，當(dāng)電池內(nèi)部溫度升到110℃到120℃左右時(shí)，負(fù)極與電解液反應(yīng)放出的熱量有可能使會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的溫度升高到電解液、正極的熱分解溫度，這時(shí)電池內(nèi)部在熱分解中會(huì)放出大量的熱和氣體,溫度急劇上升,并引起電池爆炸。

為了確認(rèn)鋰電池在高溫環(huán)境中是否會(huì)出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象，IEC 62133中提出了關(guān)于熱濫用的測(cè)試要求，具體操作為將滿電的電池放入溫箱，溫箱溫度以5±2℃的上升速率升至130±2℃，并保持一定時(shí)間，電池不發(fā)生起火及爆炸現(xiàn)象。

測(cè)試中電池電壓—時(shí)間及溫度—時(shí)間變化曲線圖

2） 過(guò)充導(dǎo)致的起火爆炸

鋰電池含有PCM保護(hù)電芯，當(dāng)用戶給鋰電池充電時(shí)，如果充電電壓高于鋰電池正常充電電壓時(shí)，電池保護(hù)板上的電子組件將切斷電池的回路從而對(duì)電芯起到過(guò)充保護(hù)作用。但如果電池保護(hù)板因?yàn)橘|(zhì)量問(wèn)題或電子組件失效而沒(méi)有起到對(duì)電芯的保護(hù)作用時(shí)，電芯有可能因?yàn)槌掷m(xù)過(guò)充而出現(xiàn)熱失控，并最終起火爆炸。

造成這種現(xiàn)象的原因是由于電芯在處于完全滿電狀態(tài)時(shí)， 負(fù)極上的晶格已填滿，繼續(xù)充電,只會(huì)使鋰離子的嵌入反應(yīng)變成鋰金屬在負(fù)極表面的沉積，溶劑被氧化(由過(guò)充而引起的溶劑氧化放出的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可逆狀態(tài)下鋰離子與溶劑反應(yīng)放出的熱量)；隨著電池溫度的升高金屬鋰與溶劑、嵌鋰碳與溶劑的反應(yīng)就會(huì)相繼發(fā)生。電池就有可能發(fā)生熱失控，繼而著火爆炸。

為確認(rèn)鋰電池是否會(huì)因?yàn)檫^(guò)充而導(dǎo)致產(chǎn)品爆炸，IEC(國(guó)際電工組織)及GB標(biāo)準(zhǔn)中均列出了相關(guān)測(cè)試條款，如IEC62133就要求在常溫20±5℃下電池先以0.2C放電至終止電壓，然后以恒流2C，恒壓（不超過(guò)供應(yīng)商推薦餓充電器的最大輸出電壓----如果不適用的話就用5V），試驗(yàn)持續(xù)到電池表面溫度穩(wěn)定（即30分鐘內(nèi)溫度變化不超過(guò)10℃）或是回到常溫，試驗(yàn)過(guò)程中不應(yīng)發(fā)生起火爆炸現(xiàn)象。

3） 內(nèi)短路導(dǎo)致的起火爆炸

內(nèi)短路的產(chǎn)生與電池生產(chǎn)工藝上的缺陷或是生產(chǎn)電池本身所采用的劣質(zhì)材料有很大關(guān)系，比如說(shuō)在電池生產(chǎn)過(guò)程中將一些金屬微?；烊腚娦?，或是正負(fù)極集流體銅箔及鋁箔上有許多毛刺等。當(dāng)電池收到外力壓迫時(shí)，銅箔與鋁箔的毛刺或是鋰原子的樹(shù)枝狀結(jié)有可能刺穿破電池隔膜并造成短路。

IEC 62133及JIS C874等標(biāo)準(zhǔn)中所提到的13KN擠壓測(cè)試及強(qiáng)制內(nèi)部短路均是為了確認(rèn)產(chǎn)品是否會(huì)發(fā)生內(nèi)短路而產(chǎn)生爆炸。

其中，IEC 62133:2012中的8.3.9詳細(xì)闡述了電芯強(qiáng)制內(nèi)短路的測(cè)試要求，簡(jiǎn)述如下：

按8.1.2條款充滿電的電芯，在手套箱中完成拆卸后，在電芯正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)之間放入鎳片，并密封在擠壓機(jī)中按相應(yīng)的溫度儲(chǔ)存45±15分鐘后，方型電芯以400N，圓柱型電芯以800N擠壓，測(cè)試過(guò)程中不應(yīng)發(fā)生起火爆炸現(xiàn)象。

4） 外短路引起的起火爆炸

當(dāng)電池外部發(fā)生短路，PCM保護(hù)板又未能切斷回路，電芯內(nèi)部將會(huì)劇烈放電，放出大量熱量，造成部分電解液汽化，產(chǎn)生較大氣壓，將電池外殼撐大。當(dāng)電池內(nèi)部溫度高到135℃左右時(shí)，質(zhì)量好的隔膜紙，會(huì)將細(xì)孔關(guān)閉，電化學(xué)反應(yīng)終止或近乎終止，電流驟降，溫度也慢慢下降，進(jìn)而避免了爆炸發(fā)生。但是，細(xì)孔關(guān)閉率太差，或是細(xì)孔根本不會(huì)關(guān)閉的隔膜紙，會(huì)讓電池溫度繼續(xù)升高，更多的電解液汽化，最后將電池外殼撐破，甚至將電池溫度提高到使材料燃燒并爆炸。

為確保電池的安全性，IEC及國(guó)標(biāo)中都針對(duì)外短路做了測(cè)試要求，明確規(guī)定了將完全滿電的電池及電芯用 80mΩ±20mΩ的電阻連接正、負(fù)極， 造成短路，測(cè)試時(shí)間持續(xù)24小時(shí)或是被測(cè)物表面溫升下降了20%（以條件先到達(dá)者為準(zhǔn)）。

并不是所有電池都能通過(guò)上文所提到的各測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，容易發(fā)生爆炸的鋰電池可能在以下缺陷：

1.  結(jié)構(gòu)上存在的缺陷，這些缺陷包括：正負(fù)極耳之間的位置及距離；電池的厚度；包匝的緊密程度等。

2.  材料上存在的缺陷，這些缺陷包括：正負(fù)極材料的質(zhì)量，隔膜的質(zhì)量，電解液的優(yōu)良與否，所采用的外殼以及PCM保護(hù)板的可靠性等。

微測(cè)提醒各大電池生產(chǎn)企業(yè)改善上述缺陷，應(yīng)能減少電池發(fā)生燃燒爆炸的幾率。不過(guò)更好的辦法是改善電池的制成過(guò)程，用正確的電池安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)電池的設(shè)計(jì)，并檢測(cè)自己的產(chǎn)品。

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